كنترل آلودگی
( برداشت از مقاله آقای دکتر مسعودی)
آلودگيها در واقع آفت سيستمهاي هيدروليك و ديگر سيستمهاي مكانيكي تحت روانكاري می‌باشد. آلودگيها از محيط و يا توسط روانكار، از بين قطعات ارزشمند تجهيزات وارد روغن می‌شوند.
آلودگي عبارت است از: هر چيزي كه نبايد در روغن باشد. ذيلا پنج نوع آلودگي متداول روغن، به اختصار مورد بحث قرار می‌گيرد:
- ذرات آلودگی
- رطوبت
- آلودگی سوخت
- آلودگی دوده
- آلودگی گلیکول
۱- ذرات آلودگي
بطور كلي ذرات زبر و سخت موجود در روغن، مسئول اكثر فرسايشهائي هستند كه منجر به خرابي قطعات می‌شود. ميزان آسيب وارده توسط اين ذرات، به اندازه، شكل، سختي و خواص شيميائي آنها بستگي دارد. در هر سيستم با حساسيت كاري بالا و يا دستگاههاي داراي هزينه تعميرات سنگين، بايستي ذرات مزاحم موجود در روغن كنترل شود.
محل ورود ذرات – بسياري از ذرات، از نقاطي كه ماشين در ارتباط با محيط قرار می‌گيرند، وارد روغن می‌شوند. در حاليكه مابقي ذرات در داخل توليد می‌شوند. در اينجا خلاصه‌ای از منابع ورود ذرات ارائه می‌شود:
منافذ تنفس و هواكش (Vents and breathers) -تهويه‌ها مسير ورود آزاد آلودگيها به داخل روغن هستند. به همين شكل، منافذ تنفسي كه معمولا با مواد و دقت كم ساخته می‌شوند، اغلب نمي توانند بطور موثري از ورود ذرات با اندازهائي كه موجب آسيب می‌شوند، به داخل سيستم ممانعت نمايند.
آببندهاي بي كيفيت و يا آسيب ديده، شافتها و يا گردگيرهاي (سيستمهای هيدروليك) داراي نشتي، اجازه می‌دهند ذرات آزادانه وارد دستگاه شوند.
روغنهاي نو – برخلاف باور عمومي، مبني بر تميز بودن روغن نو، در اغلب موارد، روغنهاي نو بسيار آلوده هستند. روغنها ممكن است اصالتا توسط توليد كننده، آلوده تحويل شده باشد، در محل نگهداري آلوده شده باشند و يا اينكه آلودگي در زمان انتقال روغن به دستگاه صورت گرفته باشد.
فيلترها – فيلترهائيكه پر شده اند، آسيب ديده اند يا بي كيفيت هستند، ميتوانند ذرات را آزاد كنند و يا در گرفتن آلودگي كارآمدي لازم را نداشته باشند.
اثر ذرات بر روغن – ذرات، بويژه ذرات فلزي كاتاليستي نظير: مس، آهن و سرب، شرايط اكسيدآسيون را افزايش می‌دهند. اين ذرات همچنين باعث شكسته شدن افزودنيهاي قطبي روغن، شامل افزودنيهاي ضد سايش، افزودنيهاي ضد فشار زياد، ضد زنگ و متفرق سازها می‌شوند. همچنين، ذرات بيشماري كه بطور پايدار در روغن معلق هستند، ميتوانند باعث افزايش گرانروي روغن شوند.
اثر ذرات بر ماشين – ذرات زبر عامل اكثر فرسايشهاي منجر به خرابي زودرس تجهيزات مكانيكي هستند. در شرايط لغزش، ذرات معلقي كه در اندازه تلورانس قطعات هستند، وارد فيلم روغن بين قطعات می‌شوند و شبيه تراشكاري، مواد را از سطح قطعه جدا می‌نمايد، (شكل ۱). تحت شرايط تماس غلتشي، ذرات به محلي كه نيرو بين دو سطح متمركز در حال حركت نسبي متمركز شده، منتقل می‌شود و منجر به خستگي سطح، حفره و كنده شدن مواد می‌شود، (شكل ۲). ذرات آلاينده روغن با سرعت بالا، ميتوانند همچنين باعث فرسايش از نوع اروژن شوند.
2- آلودگي رطوبت
آلودگي آب اغلب بعنوان آفت سيستمهای هيدروليك و ماشين‌هایی كه روانكاري می‌شوند، دومين آلودگي مخرب شناخته می‌شود. همانطوري كه در شكل ۳ تشريح شده است، آب بصورت‌های زير با روغن همزيستي دارد:
حل شدن (Dissolved) – روغن به لحاظ خواص شيميایي اش، مقادير كمي از آب را در خود حل می‌نمايد. حجم مقدار آبي كه در روغن قابل حل است، بستگي به نوع روغن پايه، وضعيت روغن پايه، بسته افزودني، ميزان آلودگي و دما دارد. روغن پايه پارافيني نو، با گريد بالا و خالص كه هيچ مواد افزودني ندارد و يا تنها دارای افزودني ضد اكسيداسيون می‌باشد، قبل از رسيدن به نقطه اشباع خود، مقدار بسيار كمي از آب را ميتواند در خود حل نمايد. بلعكس، روغن اكسيد شده وگريد پائين، كه داراي مقدار زيادي افزودنيهاي قطبي و آلودگي است، قبل از رسيدن به نقطه اشباع خود، مقدار بسيار زيادي آب را در خود حل می‌كند. البته، نقطه اشباع هر سيالي، به دما بستگي دارد. به محض اينكه دما افزايش می‌يابد، حجم آب قابل حل نيز افزايش می‌يابد. وقتي دما كاهش می‌يابد، حجم آب قابل حل نيز كاهش می‌يابد. اگر دما كمتر از دماي تقطير برسد، بخشي از آب حل شده آزاد خواهد شد و يا بشكل امولسيون در خواهد آمد.
امولسيون (Emulsified) – وقتي آب آزاد (حل نشده) در معرض شرايط تنش ناشي از پمپ و يا تلاطم ناشي از ياتاقانها يا دندانه چرخ دنده قرار می‌گيرد، به ذرات بسيار ريز تبديل می‌شود كه ميتواند در حالت تعادل در روغن باقي بماند. مواد افزودني، اكسيدها و آلاينده‌ها ميتوانند پايداري و حالت تعليق آب در روغن را افزايش دهند. آب معلق حالت ناشفافي و ابري يا شيري ايجاد می‌نمايد كه به مقدار آن بستگي دارد.
آزاد (Free) – آب در صورت جدائي از روغن، بصورت آزاد باقي می‌ماند، زيرا اين دو ماده بطور ذاتي در يكديگر غيرقابل حل بوده و چگالي مخصوص متفاوتي دارند. در روغنهاي معدني، آب آزاد در مخازن كوچك و بزرگ ته نشين می‌شود. با اينحال، برخي روغنهاي سنتتيك خاص، چگالي مخصوص بيشتري دارند و ديگر در آب شناور نمي شوند.
نقاط ورود آب – آب نيز شبيه ذرات، از نقاطي كه ماشين با محيط در ارتباط است (حدفاصل قسمت داخلی با قسمت خارجي ماشین) وارد می‌شود. ذيلا نقاطي كه آب به داخل ماشين وارد می‌شود، بطور خلاصه ذكر شده است:
محيط (Atmosphere) – آب آزاد اغلب در كارخانه و محيط كاري حضور دارد. باران، شستشو و مسير نشت كولرها، شرايطي را فراهم می‌آورند كه آب از بين آببندها، هواكشها، دريچه مخزن ذخيره و يا همراه روغن نو وارد شود.
تقطير(Condensation) – ماشينهائي كه كار آنها بطور مكرر با خاموش و روشن شدن همراه است، در معرض ورود آب تقطير قرار دارند. وقتي دما افزايش می‌يابد، حجم مطلق آبي كه روانكار در خود حل می‌نمايد (نقطه اشباع)، افزايش می‌يابد. بلعكس، با كاهش دما، نقطه اشباع كاهش می‌يابد و روغن ممكن است به نقطه شبنم، يا نقطه‌ای كه آب حل شده دوباره از روغن بيرون رانده می‌شود، برسد. وقتي دما مجددا افزايش می‌يابد، روغن آب بيشتري را جذب می‌نمايد و اين فرايند ادامه می‌يابد. همچنين، آب روي ديواره و سقف مخازن روغن بصورت قطره در می‌آيد. آب تقطير شده ميتواند به داخل روغن چكيده و در كف مخزن جمع شود. در موتورها، در شرايط كار سرد، بخار آب ناشی از احتراق ميتواند تقطير شود. در نهايت، آب تقطير شده در روغن ميتواند ناشي از آببندهاي ناكارآمد بخار ماشينهاي مربوطه باشد.
نشت كولر (Coolant leakage) – كولرها معمولا بدليل خوردگي و يا فرسايش اروژن، دچار نشتي می‌شوند. در چنين شرايطي، آب كولر (ماده ضد يخ، در صورت وجود در آب) مستقيما وارد روغن می‌شود.
3- آلودگي سوخت
اصولا آلودگي سوخت در محفظه داخل پوسته ميل لنگ ايجاد می‌شود. در بسياري از موارد، در روغن موتورها، سوخت بصورت محلول انباشته می‌شود. طولاني شدن زمان تعويض روغن، كاركرد نامناسب موتور و يا تنظيم نبودن آن، ميتواند منجر به افزايش ميزان حضور سوخت در روغن شود.
محل ورود سوخت – سوخت از طريق فرار گاز احتراق و يا نشت، وارد محيط بلوك سيلندر می‌شود. سوختي كه از طريق فرارگاز احتراق وارد روغن می‌شود، ناشي از احتراق ناقص و يا كار نامناسب موتور است. برخي از عوامل موثر در اين زمينه به شرح زير می‌باشد:
درجا كاركردن زياد موتور (excessive ideling)
فشار زياد به موتور (Lugging)
پاشش ناقص و يا چكه‌كردن سوخت (Defective fuel injection spray pattern or drilling)
نسبت نامناسب سوخت و هوا (Improper fuel/air ratio)
۴- آلودگي دوده
دوده يك محصول طبيعي احتراق می‌باشد. طولاني شدن زمان تعويض روغن و يا احتراق ناقص منجر به تجمع غيرعادي دوده می‌شود كه براي روانكار و ماشين مضر است. در سالهاي پيش رو، مطابق الزامات جديد
(European Petroleum Association, EPA) براي كنترل دوده و انتشار گاز خنده آور (Nitrous-oxide, NOX) در فضا، بكارگيري روش بازگردش گاز خروجي موتور (Exhaust gas recirculation, EGR)، منجر به افزايش دوده در روغن محفظه ميل لنگ خواهد شد.
محل ورود دوده – دوده به دلايل زير توليد و همراه با گازهاي احتراق که از رینگ عبور کرده، شكل ۳-۱۲، وارد روغن می‌شود:
تراكم پائين (Low compression)– باعث احتراق ناقص و افزايش نرخ توليد دوده می‌شود.
بالا بودن نسبت سوخت به هوا (High fuel/air ratio)– ناشي از فشار زياد به موتور، يا محدوديت جريان هوا از فيلتر و يا تنظيمات ناصحيح اختلاط.
سرد بودن دماي هوا (Cold air temperatures) – هنگام كار در شرايط فصلي
فشار كاري (Lugging)- اعمال بار سنگين و يا كار موتور در دنده سنگين
درجا كاركردن زياد (Excessive idling) – طولاني شدن زمان استراحت يا درجا كار كردن موتور و يا كار با دور خيلي پائين
۵- آلودگي گليكول
روانكار محفظه ميل لنگ و ديگر سيستمهایي كه گلیكول و مخلوط آب را براي خنك كنندگي بكار می‌برند، مكررا با آلودگي گليكول مواجه می‌شوند.
پيوسته حضور و جريان گليكول، از طريق نشت به داخل روانكار، يك تهديد دائمي است، بويژه در كاربردهاي موتوري.
محل ورود گليكول – معمولا گليكول از راه‌های زير وارد محفظه ميل لنگ می‌شود:
آببندهاي معيوب
كاويتاسيون و اروژن (مكانيكي و الكترو جنبشي)
خوردگي
آسيب ديدگي مسيرهاي سيستم خنك كننده
آثار گليكول بر روغن – گليكول از طرق زير بر روغن اثر می‌گذارد:
تشكيل ژل و امولسيون
افزايش گرانروي
افزايش اكسيداسيون
تشكيل اسيد
تشكيل ذرات كروي شكل روغن
آثار گليكول بر ماشين – گليكول آثار زير را بر ماشين خواهد داشت:
افزايش فرسايش – بطور كلي افزايش فرسايش عمدتا در اثر كاهش خاصيت روانكاري روغن، تشكيل امولسيون گليكول و كمبود روغن در قسمتها، ناشي از افزايش گرانروي می‌باشد.
افزايش خوردگي – گليكول از طریق ایجاد محيط اسيدي باعث افزايش خوردگي می‌شود.
خرابي فيلتر – گليكول باعث گرفتگي زود هنگام فيلتر می‌شود.